Redis优化超时时限无止境（redis 访问超时时间）
Redis优化：超时时限无止境
Redis是一个高性能的key-value存储系统，已成为许多应用程序的首选数据库。在Redis中，通过设置过期时间，可以使key在一定时间内自动过期，这个功能极大地方便了用户进行缓存控制。但是，我们发现在设置过期时间时，过期时间的设定有一个最大值，即10年，这是为了避免设置过长的过期时间导致Redis内存占用太高。但是，如果我们需要设置超过10年的过期时间该怎么办呢？本文将介绍如何通过改进Redis的代码来实现超过10年的过期时间设置，并优化Redis性能。
Redis代码分析
Redis的过期机制是通过把key放入一个过期时间的可排序集合中实现的。Redis使用一个C结构体来表示key-value对，其中有一个expires字段来表示这个key的过期时间。在C代码中，Redis对过期时间的最大值定义如下：
#define REDIS_EXPIRELOOKUPS_PER_CRON_CYCLE 16
#define REDIS_LRU_BITS 24
#define REDIS_LRU_CLOCK_MAX ((1
#define REDIS_LRU_CLOCK_RESOLUTION 1000
#define REDIS_EXPIRESCAN_CYCLE_LOOKUPS_PER_LOOP 20
#define REDIS_DEFAULT_TIMEOUT 5 // seconds
#define REDIS_MAX_TIMEOUT 10*365*24*60*60 // 10 years亿
可以看到，在Redis中，超时时间的最大值为10年（REDIS_MAX_TIMEOUT）。
Redis的过期时间检查是通过一个叫Cron的函数来实现的。Cron函数周期性地遍历过期时间的可排序集合，找到已经超时的key并把它们从数据库中删除。在Cron函数中，通过逐个key查找的方式来对key进行过期检查。这种方式是非常消耗CPU和内存资源的，因为查找所有过期key的时间复杂度为O(n)，其中n为数据集合的大小。当数据集合非常大时，这个操作的时间复杂度呈现出线性增长的趋势。
Redis优化思路
为了解决Redis在过期检查上性能不足的问题，优化的方法有很多，比如使用Redis的持久化功能把过期的对象写入硬盘，使用Redis集群构建分布式缓存等。但是，在这里我们介绍一种通过重构Redis代码来实现超过10年过期时间设置的方法。
1. 分析Redis过期机制
在Redis中，如果一个key被设置了超时时间，那么这个key就会被加入一个过期时间的可排序集合，这是一个按照过期时间排序的有序集合。Redis使用这个有序集合来检查过期的key，避免了遍历所有key的消耗。但是，在过期时间较长时，这个机制不够灵活，导致了Redis的性能下降。
2. 优化Redis过期时间检查机制
为了实现超过10年的过期时间设置，我们可以把过期时间检查的机制从每次遍历key改为使用一个类似于Cron的定时器来定期遍历检查。这个定时器可以按照配置文件中的时间间隔来进行检查，这样就避免了每次都要遍历所有key的问题。这种方案可以在保证Redis性能的同时，实现超过10年的过期时间设置。
下面是优化后的Redis代码（伪代码）：
struct Redis {
///过期时间插入时的flag标记
typedef enum {
REDIS_UNEXPIRED = 0,
REDIS_EXPIRED = 1,
} ExpirationFlag;
///宏定义了默认的过期检查时间(60s)，可以在配置文件中设置
#define REDIS_EXPIRATION_INTERVAL 60
///定义了过期key的链表，O(1)的时间复杂度
struct {
int size;
ListNode *head;
ListNode *tl;
} expired_keys;
//…省略其他字段
///过期时间检查定时器回调函数
static void OnExpirationTimer() {
//依次检查每个key的过期时间，把已经超时的key加入到expired_key链表中
module.ForeachKey([](const Key& k) {
if (k.expiration > 0 && k.expiration
k.expired = true;
expired_keys.PushBack(k);
}
});
//处理expired_key链表中已经过期的key
while (expired_keys.size > 0) {
Key& k = expired_keys.head->value;
module.DeleteKey(k);
expired_keys.PopFront();
}
}
static void Init() {
//注册一个定时器，每REDIS_EXPIRATION_INTERVAL秒检查一次过期时间
timer_manager.SetInterval(REDIS_EXPIRATION_INTERVAL, OnExpirationTimer);
}
};
分析优化后的Redis代码
优化后的Redis代码中引入了一个新的expired_key链表，这个链表用来保存已经过期的key。同时，新版本的Redis中引入了一个过期时间检查定时器，用来定期检查所有key的过期时间。
在每个Redis节点初始化时，会注册一个检查过期时间的定时器，这个定时器每隔REDIS_EXPIRATION_INTERVAL秒会触发一次OnExpirationTimer回调函数，开始检查所有的key过期时间。如果发现有key已经超时，则把这个key放入expired_key链表中。
如果expired_key链表中有key，就遍历这个链表，把对应的key从Redis中删除。通过引入过期时间检查定时器和expired_key链表，我们可以更加灵活地设置key的过期时间，并减少检查过期时间时的性能消耗。
总结
Redis是一个类似于key-value的内存数据库，其过期时间机制可以使用户更加灵活地进行缓存控制。但是，Redis设置的过期时间最大只能是10年，如果需要设置更长的时间，需要重构Redis代码来实现。本文介绍了如何通过改进Redis的过期机制来实现超过10年的过期时间设置，并进一步优化Redis性能。在实际应用中，可以根据具体的业务需求选择合适的过期时间设置方法。
